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【摘 要】本文将船舶加长改造工程分为三个主要阶段，对各阶段的不同方案进行分析比较，使方案的分类和选取更加直观和灵活，同时提出将巨型浮吊运用到船舶加长改造工程上的设想，旨在为国内修船企业同类改装方案的选取及完善提供参考。
【关键词】船舶加长改造；施工方案；巨型浮吊
Abstract： This paper divides ship lengthening project into three main phases and discusses different technical plans for each stages，makes the classification and selection of plans more intuitive and flexible，then puts forward the idea of the use of a giant floating crane in ship lengthening project，providing a fundamental technical reference for the domestic ship enterprises’ similar modification projects.
Key words：ship lengthening；technical plans；giant floating crane
1、概述
近年来改造船工程在各大修船厂所占比例有逐年上升的趋势，对于一些货运型船舶来说，随着水上运营需求的不断增加，相比于完全新造出一条船舶，仅仅通过改变船舶的主尺度，如船体的加长、加宽或加深等手段来对船舶进行扩容改造，所需人力、物力及耗时都要少很多。尽管主尺度的改变，特别是对于船体货舱区域的加长改造，可能会让船体的稳性、强度等面临一定的风险，但只要方案得当，就可以让船东在最短时间内、利用最少投资，降低运营成本、提高效益。随着国内修船企业工艺技术的不断成熟，相信接下来的时间里这类型的改造需求会逐渐增多。
改造船工程中，根据自身的场地及设备能力，还有工程坞期、船东船期安排等要求，在保证严格控制精度的前提下选取适合的施工方案非常重要。基于此，本文针对船舶加长改装工程几个关键阶段的施工方案进行分析，希望可以为修船同行提供参考。
2、船舶加长改造各阶段方案分类
图1 船舶加长改造工程各阶段方案分类示意图
船体加长改造的基本方案通常是在平行中体适当位置处将船体环口切割一分为二，然后将新加分段嵌入其中。为了能够让改造方案的分类更加直观、选取更加灵活，本文将改造的主要工艺过程分为加长部分的分段制作、船体切割分离、新旧分段拼接合拢三大阶段，根据目前国内修船厂所具备的硬件条件及工艺技术，依次对各阶段的不同方案进行简要的分析比较。图1为船舶加长改造工程各阶段方案分类示意图。
2.1 加长部分分段制作
根据加长分段的不同制作过程，分段制作有小分段嵌入法及总段吊装法两个方案[1]。
小分段嵌入法是指船体切割后，艏艉分离定位至加长分段的无余量长度，在艏艉部之间按顺序将小分段逐一嵌入安装。此方案施工精度较易控制，且施工难度低，对起重设备及吊装技术要求较低，但船期、坞期占用时间过长。
总段吊装法是船舶进坞切割前，根据设计图纸预制完成一个由不同平面分段组成的立体加长总段；船体切割后运用浮吊将加长总段整体吊装进坞，接入艏艉分段之间的方案。此方案节约船期、坞期，在建造总段的过程中将涂装、舾装穿插其中，可大大提高工程效率，更好地实现壳、舾、涂一体化的造船宗旨。但分段制作及对接的精度较不易控制，且对分段拼装的场地及总段的起吊设备、吊装技术有较高要求。
2.2船体切割分离
因为施工场地及设备的限制，船体的切割分离方案一般可分为轨道拉移法及船坞沉浮法两个方案[2]。
轨道拉移法主要有两类，一是船台轨道拉移法——因船台通常配有专门拖曳船舶上岸着墩和下水的滑道装置，因此船舶加长改造工程可以直接利用船台的滑道小车将切割后的艏艉分段分离；二是船坞轨道拉移法——船坞（包括干船坞和浮船坞）通常都不具备滑道，因此如果想在坞内使用轨道拉移法可以在坞底铺设额外的液压轨道小车设备，将艏部固定其上，利用轨道小车的液压动力将切割后的艏部分段顶起、平移。不论是在船台还是船坞，轨道拉移法都具备施工难度低、工期短的优点，但对场地及设备要求较高。
船坞因为可以通过自身排水、灌水的功能使船体在坞内自由沉浮，所以我们还可以利用船坞这一特点来使切割后的船体分段分离，即船坞沉浮法。这一方案主要过程是在船舶进坞切割完工后，将艉部固定不动（除“同时浮态合拢法”以外），再向坞内灌水沉坞，艏部分段浮起，利用拖曳设备拉移艏部分段与艉部分段分离。船坞沉浮法相比轨道拉移发对场地及设备的要求都不高，但沉浮坞的过程比较费时，施工也有一定难度。
2.3船体新旧分段拼接合拢
前面提及的小分段嵌入法是在艏艉分段固定的基础上直接施工以完成新旧分段的拼接，而总段吊装法要比嵌入法多出一个步骤，即加长总段与艏艉分段的拼接合拢。同船体切割艏艉分离的方案类似，合拢方案也分为轨道拉移法及船坞沉浮法。
轨道拉移法合拢是指船体进坞切割分离，为加长总段有余量预留出适当距离（一般大于加长分段300～400mm）[3]，然后将加长总段直接吊装进坞，置于艏艉分段之间，运用轨道小车等拉移完成艏艉分段与加长总段的合拢对接。
船坞沉浮法合拢一般有以下三种方案可供选取[4][5]：
一次浮態合拢主要步骤是船舶按船艏在前、船艉在后顺向进坞，排水抬坞，船体按切割线环口切割，艉部固定，灌水沉坞，艏部在浮态下与艉部拉移分离，排水抬坞，抬坞过程中艏部有余量落墩至加长总段的长度位置（合拢缝前300～500mm），加长总段吊装进坞，置于艉部接缝处完成与艉部的对接，灌水沉坞，艏部浮起拉移至合拢缝，排水抬坞，抬坞过程中完成艏部与加长后的艉部分段的合拢。 二次浮态合拢主要步骤是船舶按船尾在前、船首在后逆向进坞，排水抬坞，按切割线环口切割，艉部固定，灌水沉坞，艏部浮起适当压载拉移出坞系
泊，加长总段吊装下水，拉移至坞内艉部合拢缝附近，排水抬坞，抬坞过程中加长总段与艉部完成合拢，灌水沉坞，艏部进坞拉移至合拢缝附近，排水抬坞，抬坞过程完成艏部与加长后的艉部分段的合拢。
同时浮态合拢主要步骤是船舶按船尾在前、船首在后逆向进坞，排水抬坞，按切割线环口切割，灌水沉坞，艏艉部同时浮起，艏部适当压载拉移出坞系泊，加长总段吊装下水，漂浮进坞拉移至艉部合拢缝附近，接着艏部进坞拉移至合拢缝附近，排水抬坞，抬坞过程中三个部分逐一落墩完成同步合拢。
以上不同合拢方案在坞次工期、吊装技术要求、施工难度、精度方面略有区别，具体参考表1。
表1 船舶加长改造合拢方案对比参考表
坞次工期 吊装技术要求 施工难度 精度控制
轨道拉移合拢 最少 较高 最低 最易
一次浮态合拢 较长 最高 较低 较易
二次浮态合拢 最长 较低 较高 较难
同时浮态合拢 较少 较低 最高 最难
从施工难易度考虑，轨道拉移法比船坞沉浮法简单省时许多；从分段的精度控制考虑，小分段嵌入法精度更高，各平面分段制作的准确度更好控制，但拉移法的前提是必须具备专用的滑道小车等整套设备，嵌入法也存在浪费坞期和工期的弊端。因此在一般修船厂硬件条件不足，且工期较紧的情况下，总段吊装、船坞沉浮可能选取率更高一些——这类方案施工难度较高，比较考验船厂的浮态合拢对接技术，且分段的整体吊装对起重设备和吊装技术要求较高，如浮吊吨位、起吊高度、吊装位置的准确度等；细节处要根据现场情况多做调整，最大程度地保证分段制作、吊装及合拢过程的精度要求。
3、将巨型浮吊运用到加长改造工程中的设想
以上对国内较常用的几种船舶加厂改造方案进行了简要分析，其中总段吊装法为笔者带来一个新的设想——巨型浮吊法。
3.1巨型总段造船法
巨型浮吊的概念来源于二十一世纪以来新兴的巨型总段造船法。近百年来，造船方法经历了几次重大变革（如表2）。巨型总段造船法作为当前最新的造船模式，将原先造船所需划分的几十个甚至上百个普通分段，简化至十几个甚至几个巨型分段；同时巨型总段法的造船过程也不再仅仅局限于厂内，也不局限于船台或船坞，而是可以利用异地专门的分段制造基地，将巨型总段制造完工后直接驳运至本地码头，然后使用巨型浮吊完成最后的吊装拼装即可。与之前常规分段造船法相比，巨型总段造船法能够更好地集中生产力、充分利用坞期和劳动力，进而大大缩短了工程用时、降低了施工难度、提高了制造精度，这是所有船舶修造工艺不断寻求改进和优化的初衷。
表2 近百年造船方法的几次重大变革[6]
造船方法 小型分段造船法 大型分段造船法 巨型总段造船法
出现时期 20世纪40到50年代 20世纪60到70年代 21世纪前20年
分段重量 数十吨 数百吨 数千吨
使用设备 倾斜船台+塔吊/高吊 干船坞+门吊 干船坞/浮船坞/平地/驳船+巨型浮吊
新方法的出现和发展 美国→欧洲 欧洲→日本 韩国→中国
以某10万吨油船为例 —— 分段数量约60-100个 分段数量约11个
3.2巨型浮吊在加长改造工程中的运用
浮吊是一种类似水上平台的起重设备，与陆地上的固定式起重机不同，浮吊可以自由在水上移动到任何需要它的位置，是船舶修造工程中必不可少的起重工具。目前较常用的浮吊起重吨位从几十至几百吨不等，而巨型浮吊的起重吨位通常在数千吨以上。韩国自大力研发巨型总段造船法以来，已经定制了多架3000t以上的巨型浮吊，包括上海振华港机公司于2008年在长兴岛制造完工的世界最大的全回转型巨型浮吊，起重能力达到7500T[7]，同时该公司近年来还有多架1500T以上的浮吊顺利完工，这也代表我国巨型浮吊的制造工艺已达到世界一流水平。
如果能将巨型浮吊运用在船舶加长改造工程中，施工场地无论是在船台、船坞都没再有限制，且配套的设备、工艺都将大大简化：船体切割后，艏部分段可以由巨型浮吊直接吊离，然后加长部分吊装进坞与艉部合拢完工，再将艏部分段直接吊回对接，避免了轨道或浮态下船体分离、合拢的复杂过程，各阶段都采用巨型浮吊吊装一步到位，进一步降低施工难度、提高工程效率。尽管设备初期投入较大，但巨型浮吊的应用及巨型总段造船法的普及必将是未来造船模式发展的大趋势，对于修船厂日后提高改造船工程量、提高市场竞争力、完成修造并举的发展目标所带来的长远效益不可小觑。
4、结语
总上所述，各阶段不同方案各有优劣，没有一成不变的完美方案，船厂要根据自身经济条件、场地起重能力、吊装技术、分段制作精度、误差控制范围、船期坞期安排等因素来进行多方面考量，要视每个工程的具体情况来决定各要素孰轻孰重。同一船厂针对不同船舶、不同时期可以采用不同的方案，每种方案根据施工现场的
实际情况也需要做相应的调整。本文针对不同阶段、不同方案进行了一个简要的汇总、分析和比较，提出了运用巨型浮吊的设想，意在进一步完善同类改装项目的施工工艺，希望能给修船业在船舶改造工程的方案选取和研发上带来一些新的思考。
参考文献：
[1]张雨华，益文娟.船舶接长改装技术探讨[J].中国修船，2003（04）：31-32.
[2]张树侗.利用干船坞进行加长船舶改装的难点问题分析与解决方案[J].中国修船，2009（08）：35-36.
[3]周启龙，薛成.对在纵倾式船台进行船舶加长的工艺研究[J].应用能源技术，2002（05）：6-8.
[4]李剑博.某系列油船加长改装工艺探讨[J].中国修船，2013（08）：40-41.
[5]袁红莉，陈章兰.大型改装穿主船体水上对接工艺设计[J].船舶工程，2009（04）：75-78.
[6]佚名.巨型總段造船法成为造船业新宠[EB/OL].：中国船舶在线网技术动态，2005-5-11.
[7]丁伟康.浅谈巨型总段造船法[J].上海造船，2009（02）：42-44.
作者简介：
郑圣楠（1984.8-），女，助理工程师，研究生，主要研究方向：船舶修造工艺技术.
单位：上海交通大学。
【关键词】船舶加长改造；施工方案；巨型浮吊
Abstract： This paper divides ship lengthening project into three main phases and discusses different technical plans for each stages，makes the classification and selection of plans more intuitive and flexible，then puts forward the idea of the use of a giant floating crane in ship lengthening project，providing a fundamental technical reference for the domestic ship enterprises’ similar modification projects.
Key words：ship lengthening；technical plans；giant floating crane
1、概述
近年来改造船工程在各大修船厂所占比例有逐年上升的趋势，对于一些货运型船舶来说，随着水上运营需求的不断增加，相比于完全新造出一条船舶，仅仅通过改变船舶的主尺度，如船体的加长、加宽或加深等手段来对船舶进行扩容改造，所需人力、物力及耗时都要少很多。尽管主尺度的改变，特别是对于船体货舱区域的加长改造，可能会让船体的稳性、强度等面临一定的风险，但只要方案得当，就可以让船东在最短时间内、利用最少投资，降低运营成本、提高效益。随着国内修船企业工艺技术的不断成熟，相信接下来的时间里这类型的改造需求会逐渐增多。
改造船工程中，根据自身的场地及设备能力，还有工程坞期、船东船期安排等要求，在保证严格控制精度的前提下选取适合的施工方案非常重要。基于此，本文针对船舶加长改装工程几个关键阶段的施工方案进行分析，希望可以为修船同行提供参考。
2、船舶加长改造各阶段方案分类
图1 船舶加长改造工程各阶段方案分类示意图
船体加长改造的基本方案通常是在平行中体适当位置处将船体环口切割一分为二，然后将新加分段嵌入其中。为了能够让改造方案的分类更加直观、选取更加灵活，本文将改造的主要工艺过程分为加长部分的分段制作、船体切割分离、新旧分段拼接合拢三大阶段，根据目前国内修船厂所具备的硬件条件及工艺技术，依次对各阶段的不同方案进行简要的分析比较。图1为船舶加长改造工程各阶段方案分类示意图。
2.1 加长部分分段制作
根据加长分段的不同制作过程，分段制作有小分段嵌入法及总段吊装法两个方案[1]。
小分段嵌入法是指船体切割后，艏艉分离定位至加长分段的无余量长度，在艏艉部之间按顺序将小分段逐一嵌入安装。此方案施工精度较易控制，且施工难度低，对起重设备及吊装技术要求较低，但船期、坞期占用时间过长。
总段吊装法是船舶进坞切割前，根据设计图纸预制完成一个由不同平面分段组成的立体加长总段；船体切割后运用浮吊将加长总段整体吊装进坞，接入艏艉分段之间的方案。此方案节约船期、坞期，在建造总段的过程中将涂装、舾装穿插其中，可大大提高工程效率，更好地实现壳、舾、涂一体化的造船宗旨。但分段制作及对接的精度较不易控制，且对分段拼装的场地及总段的起吊设备、吊装技术有较高要求。
2.2船体切割分离
因为施工场地及设备的限制，船体的切割分离方案一般可分为轨道拉移法及船坞沉浮法两个方案[2]。
轨道拉移法主要有两类，一是船台轨道拉移法——因船台通常配有专门拖曳船舶上岸着墩和下水的滑道装置，因此船舶加长改造工程可以直接利用船台的滑道小车将切割后的艏艉分段分离；二是船坞轨道拉移法——船坞（包括干船坞和浮船坞）通常都不具备滑道，因此如果想在坞内使用轨道拉移法可以在坞底铺设额外的液压轨道小车设备，将艏部固定其上，利用轨道小车的液压动力将切割后的艏部分段顶起、平移。不论是在船台还是船坞，轨道拉移法都具备施工难度低、工期短的优点，但对场地及设备要求较高。
船坞因为可以通过自身排水、灌水的功能使船体在坞内自由沉浮，所以我们还可以利用船坞这一特点来使切割后的船体分段分离，即船坞沉浮法。这一方案主要过程是在船舶进坞切割完工后，将艉部固定不动（除“同时浮态合拢法”以外），再向坞内灌水沉坞，艏部分段浮起，利用拖曳设备拉移艏部分段与艉部分段分离。船坞沉浮法相比轨道拉移发对场地及设备的要求都不高，但沉浮坞的过程比较费时，施工也有一定难度。
2.3船体新旧分段拼接合拢
前面提及的小分段嵌入法是在艏艉分段固定的基础上直接施工以完成新旧分段的拼接，而总段吊装法要比嵌入法多出一个步骤，即加长总段与艏艉分段的拼接合拢。同船体切割艏艉分离的方案类似，合拢方案也分为轨道拉移法及船坞沉浮法。
轨道拉移法合拢是指船体进坞切割分离，为加长总段有余量预留出适当距离（一般大于加长分段300～400mm）[3]，然后将加长总段直接吊装进坞，置于艏艉分段之间，运用轨道小车等拉移完成艏艉分段与加长总段的合拢对接。
船坞沉浮法合拢一般有以下三种方案可供选取[4][5]：
一次浮態合拢主要步骤是船舶按船艏在前、船艉在后顺向进坞，排水抬坞，船体按切割线环口切割，艉部固定，灌水沉坞，艏部在浮态下与艉部拉移分离，排水抬坞，抬坞过程中艏部有余量落墩至加长总段的长度位置（合拢缝前300～500mm），加长总段吊装进坞，置于艉部接缝处完成与艉部的对接，灌水沉坞，艏部浮起拉移至合拢缝，排水抬坞，抬坞过程中完成艏部与加长后的艉部分段的合拢。 二次浮态合拢主要步骤是船舶按船尾在前、船首在后逆向进坞，排水抬坞，按切割线环口切割，艉部固定，灌水沉坞，艏部浮起适当压载拉移出坞系
泊，加长总段吊装下水，拉移至坞内艉部合拢缝附近，排水抬坞，抬坞过程中加长总段与艉部完成合拢，灌水沉坞，艏部进坞拉移至合拢缝附近，排水抬坞，抬坞过程完成艏部与加长后的艉部分段的合拢。
同时浮态合拢主要步骤是船舶按船尾在前、船首在后逆向进坞，排水抬坞，按切割线环口切割，灌水沉坞，艏艉部同时浮起，艏部适当压载拉移出坞系泊，加长总段吊装下水，漂浮进坞拉移至艉部合拢缝附近，接着艏部进坞拉移至合拢缝附近，排水抬坞，抬坞过程中三个部分逐一落墩完成同步合拢。
以上不同合拢方案在坞次工期、吊装技术要求、施工难度、精度方面略有区别，具体参考表1。
表1 船舶加长改造合拢方案对比参考表
坞次工期 吊装技术要求 施工难度 精度控制
轨道拉移合拢 最少 较高 最低 最易
一次浮态合拢 较长 最高 较低 较易
二次浮态合拢 最长 较低 较高 较难
同时浮态合拢 较少 较低 最高 最难
从施工难易度考虑，轨道拉移法比船坞沉浮法简单省时许多；从分段的精度控制考虑，小分段嵌入法精度更高，各平面分段制作的准确度更好控制，但拉移法的前提是必须具备专用的滑道小车等整套设备，嵌入法也存在浪费坞期和工期的弊端。因此在一般修船厂硬件条件不足，且工期较紧的情况下，总段吊装、船坞沉浮可能选取率更高一些——这类方案施工难度较高，比较考验船厂的浮态合拢对接技术，且分段的整体吊装对起重设备和吊装技术要求较高，如浮吊吨位、起吊高度、吊装位置的准确度等；细节处要根据现场情况多做调整，最大程度地保证分段制作、吊装及合拢过程的精度要求。
3、将巨型浮吊运用到加长改造工程中的设想
以上对国内较常用的几种船舶加厂改造方案进行了简要分析，其中总段吊装法为笔者带来一个新的设想——巨型浮吊法。
3.1巨型总段造船法
巨型浮吊的概念来源于二十一世纪以来新兴的巨型总段造船法。近百年来，造船方法经历了几次重大变革（如表2）。巨型总段造船法作为当前最新的造船模式，将原先造船所需划分的几十个甚至上百个普通分段，简化至十几个甚至几个巨型分段；同时巨型总段法的造船过程也不再仅仅局限于厂内，也不局限于船台或船坞，而是可以利用异地专门的分段制造基地，将巨型总段制造完工后直接驳运至本地码头，然后使用巨型浮吊完成最后的吊装拼装即可。与之前常规分段造船法相比，巨型总段造船法能够更好地集中生产力、充分利用坞期和劳动力，进而大大缩短了工程用时、降低了施工难度、提高了制造精度，这是所有船舶修造工艺不断寻求改进和优化的初衷。
表2 近百年造船方法的几次重大变革[6]
造船方法 小型分段造船法 大型分段造船法 巨型总段造船法
出现时期 20世纪40到50年代 20世纪60到70年代 21世纪前20年
分段重量 数十吨 数百吨 数千吨
使用设备 倾斜船台+塔吊/高吊 干船坞+门吊 干船坞/浮船坞/平地/驳船+巨型浮吊
新方法的出现和发展 美国→欧洲 欧洲→日本 韩国→中国
以某10万吨油船为例 —— 分段数量约60-100个 分段数量约11个
3.2巨型浮吊在加长改造工程中的运用
浮吊是一种类似水上平台的起重设备，与陆地上的固定式起重机不同，浮吊可以自由在水上移动到任何需要它的位置，是船舶修造工程中必不可少的起重工具。目前较常用的浮吊起重吨位从几十至几百吨不等，而巨型浮吊的起重吨位通常在数千吨以上。韩国自大力研发巨型总段造船法以来，已经定制了多架3000t以上的巨型浮吊，包括上海振华港机公司于2008年在长兴岛制造完工的世界最大的全回转型巨型浮吊，起重能力达到7500T[7]，同时该公司近年来还有多架1500T以上的浮吊顺利完工，这也代表我国巨型浮吊的制造工艺已达到世界一流水平。
如果能将巨型浮吊运用在船舶加长改造工程中，施工场地无论是在船台、船坞都没再有限制，且配套的设备、工艺都将大大简化：船体切割后，艏部分段可以由巨型浮吊直接吊离，然后加长部分吊装进坞与艉部合拢完工，再将艏部分段直接吊回对接，避免了轨道或浮态下船体分离、合拢的复杂过程，各阶段都采用巨型浮吊吊装一步到位，进一步降低施工难度、提高工程效率。尽管设备初期投入较大，但巨型浮吊的应用及巨型总段造船法的普及必将是未来造船模式发展的大趋势，对于修船厂日后提高改造船工程量、提高市场竞争力、完成修造并举的发展目标所带来的长远效益不可小觑。
4、结语
总上所述，各阶段不同方案各有优劣，没有一成不变的完美方案，船厂要根据自身经济条件、场地起重能力、吊装技术、分段制作精度、误差控制范围、船期坞期安排等因素来进行多方面考量，要视每个工程的具体情况来决定各要素孰轻孰重。同一船厂针对不同船舶、不同时期可以采用不同的方案，每种方案根据施工现场的
实际情况也需要做相应的调整。本文针对不同阶段、不同方案进行了一个简要的汇总、分析和比较，提出了运用巨型浮吊的设想，意在进一步完善同类改装项目的施工工艺，希望能给修船业在船舶改造工程的方案选取和研发上带来一些新的思考。
参考文献：
[1]张雨华，益文娟.船舶接长改装技术探讨[J].中国修船，2003（04）：31-32.
[2]张树侗.利用干船坞进行加长船舶改装的难点问题分析与解决方案[J].中国修船，2009（08）：35-36.
[3]周启龙，薛成.对在纵倾式船台进行船舶加长的工艺研究[J].应用能源技术，2002（05）：6-8.
[4]李剑博.某系列油船加长改装工艺探讨[J].中国修船，2013（08）：40-41.
[5]袁红莉，陈章兰.大型改装穿主船体水上对接工艺设计[J].船舶工程，2009（04）：75-78.
[6]佚名.巨型總段造船法成为造船业新宠[EB/OL].：中国船舶在线网技术动态，2005-5-11.
[7]丁伟康.浅谈巨型总段造船法[J].上海造船，2009（02）：42-44.
作者简介：
郑圣楠（1984.8-），女，助理工程师，研究生，主要研究方向：船舶修造工艺技术.
单位：上海交通大学。